Fibras ópticas de vidro: Propriedades, aplicações, fabricação
Tipos de vidro usados
Existem vários tipos de vidro usados em fibra óptica:
- Sílica de alta pureza: Este vidro proporciona uma clareza óptica excepcional e baixa atenuação. Tem uma abertura numérica de cerca de 0,2. Portanto, é especialmente adequado para aplicações como telecomunicações.
- Sílica dopada: Em comparação com a sílica de alta pureza, aumenta o índice de refração para aplicações especializadas. A abertura numérica é geralmente entre 0,37 e 0,39. As aplicações típicas incluem sistemas de medição de fibra óptica.
- Vidro multicomponente, como vidro de borossilicato: Este tipo tem a maior abertura numérica dos três. As guias de luz feitas de vidro multicomponente oferecem um ângulo de aceitação de até 120 graus, enquanto as guias de imagem podem atingir ângulos de aceitação de até 180 graus e uma abertura numérica de 1. É personalizável para requisitos específicos de desempenho e custo e é usado principalmente para aplicações de iluminação e imagem.
Entendendo as propriedades e aplicações das fibras ópticas de vidro
As fibras de vidro são altamente flexíveis e não são afetadas por uma série de fatores ambientais, como exposição a produtos químicos, altas e baixas temperaturas ou pressão. Além disso, eles não oferecem risco de interferência elétrica. As características únicas dessas fibras as tornam essenciais para o desenvolvimento de sistemas confiáveis e eficientes em ambientes desafiadores – por exemplo, desacoplar dispositivos eletrônicos, como fontes de luz, sensores ou câmeras da área real de aplicação.Como funcionam as fibras ópticas de vidro?
Princípio de funcionamento da fibra óptica
Núcleo e revestimento de fibras ópticas de vidro
Transmissão de luz
As guias de luz transportam a luz de uma ponta à outra. O arranjo das fibras de SCHOTTpode ser aleatório para criar uma iluminação muito homogênea.
Transmissão de imagem
Os guias de imagem são capazes de transportar imagens a longa distância e ampliá-las, reduzi-las ou invertê-las. Cada fibra no guia de imagem pode ser vista como um único pixel de imagem, o que torna o arranjo das fibras crítico.
Fibras monomodo vs. multimodo
Fibra monomodo
As fibras monomodo têm um núcleo pequeno (< 10 µm) and a large cladding. As a result, only one light ray is transmitted, which leads to low loss and only minor scattering. Those fibers are usually preferred for long distance datacom.
Fibra multimodo
As fibras multimodo têm um núcleo grande (> 10 μm) e um revestimento pequeno. O núcleo grande permite que todos os raios de luz em todos os anjos abaixo do ângulo crítico viajem ao longo da fibra. Isso o torna ideal para aplicações de iluminação e imagem.
Principais propriedades e vantagens das fibras ópticas de vidro
Graças às suas propriedades técnicas, as fibras ópticas de vidro oferecem inúmeras vantagens em relação a outros materiais. Isso torna as fibras ópticas de vidro indispensáveis em aplicações tecnológicas modernas.
Por que as fibras ópticas são feitas de vidro flexíveis?
Ao aquecer hastes de vidro, é possível desenhar fibras de vidro que são tão finas quanto um fio de cabelo humano. A velocidade do processo de trefilação determina a espessura da fibra, que por sua vez determina a flexibilidade da fibra. Quanto menor o diâmetro da fibra, menor o raio de curvatura. A este respeito, as fibras feitas de vidro especial são ainda mais flexíveis e flexíveis do que as fibras plásticas.
O teste de loop de ruptura é usado para testar a flexibilidade das fibras de vidro. Isso é feito colocando uma fibra de vidro flexível em um laço, que é puxado com mais força até que a fibra se quebre. Este teste mostrou que, por exemplo, fibras de vidro com espessura de 50 micrômetros podem suportar um raio de curvatura de cerca de cinco milímetros.
Tipos de guias de fibra óptica
As fibras ópticas de vidro podem ser transformadas em produtos flexíveis e rígidos, geralmente chamados de guias ou cabos. Os cabos de fibra óptica flexíveis geralmente são mais longos do que os rígidos e normalmente usados quando o alvo de inspeção está em uma esquina ou em um espaço estreito e de difícil acesso. Isso exige um alto nível de flexibilidade e movimento, necessário, por exemplo, em endoscópios flexíveis.
As guias rígidas de luz ou imagem são compostas de feixes de fibras fundidas. As aplicações típicas de iluminação incluem guias de luz para equipamentos odontológicos ou endoscópios rígidos. Para aplicações de imagem, eles são usados para fazer uma ampla gama de cones e placas frontais, que podem transmitir imagens ampliadas, reduzidas ou invertidas de uma superfície de entrada para uma superfície de saída. Para dar um exemplo da área médica: as placas frontais são usadas em imagens de raios-x. Variantes híbridas também estão disponíveis.
Cabos de fibra óptica de vidro: como são feitos
Trefilação de fibra
Agrupamento e extrusão de precisão
a) Empacotamento de precisão
Vários feixes primários são reunidos para formar um feixe de fibras final, com o arranjo de fibras dentro de feixes flexíveis geralmente arbitrário. Para certas aplicações, pode ser necessário organizar as fibras em um padrão aleatório (guia de luz) ou padrão específico (guia de imagem).
b) Extrusão
O feixe de fibras final tem a opção de ser revestido com polímero em uma linha de extrusão para formar um cabo. Nos processos de montagem subsequentes, os feixes de fibra e os cabos são cortados no comprimento de acordo com os requisitos do cliente e equipados com mangas de extremidade.
Terminar terminação
Redesenhando e remodelando
Retificação e polimento
Inspeção de qualidade
Por que as fibras ópticas são feitas de vidro?
As fibras ópticas são feitas de vidro devido às suas propriedades ópticas excepcionais, incluindo alta clareza e baixa atenuação. As fibras de vidro fornecem transmissão de luz confiável e eficiente, essencial para aplicações críticas em medicina, indústria, aviação, automotiva e defesa. Além disso, o vidro oferece propriedades mecânicas, térmicas e químicas excepcionais, tornando-o adequado para uso em ambientes hostis.
Vidro vs. plástico em fibras ópticas
Embora ambos os materiais tenham usos específicos, as fibras ópticas de vidro são superiores para aplicações de alto desempenho. Eles oferecem menor atenuação, maior largura de banda e melhor resistência ambiental em comparação com a fibra óptica de plástico.
1. Desempenho de luz superior
As fibras ópticas de vidro, fundamentais para guias de luz flexíveis e rígidas, oferecem um desempenho de transmissão de luz muito alto. O alto índice de reprodução de cores do vidro garante uma alteração mínima do comprimento de onda da luz que entra e sai da fibra. As fibras de vidro também possuem uma grande abertura numérica de até 1, permitindo a passagem de mais luz e iluminando áreas maiores com feixes de fibras menores. Por outro lado, as fibras ópticas de polímero são limitadas por restrições de material a uma abertura máxima de 0,5.
2. Força e flexibilidade
As fibras de vidro combinam resistência excepcional com flexibilidade quando reduzidas a diâmetros muito finos. Essa combinação exclusiva permite que as fibras de vidro sejam fabricadas com até 30 mícrons, permitindo raios de curvatura apertados. Em contraste, as fibras poliméricas normalmente têm diâmetros a partir de 500 mícrons, muitas vezes excedendo 1 mm. Para aplicações de imagem, as fibras de vidro individuais podem ter até 4 mícrons de diâmetro, fornecendo alta resolução de pixels e imagens detalhadas e claras.
3. Estabilidade térmica
O vidro mantém a estabilidade em temperaturas de até 350 °C, tornando feixes de fibra de vidro ou guias de luz rígidos adequados para aplicações em alta temperatura, como esterilização em autoclavagem em aplicações médicas ou ambientes industriais hostis. As fibras poliméricas, no entanto, geralmente suportam temperaturas de até 80 °C, tornando-as inadequadas para esses processos de alta temperatura.
4. Flexibilidade de design
Os diâmetros extremamente pequenos das fibras de vidro permitem que um grande número de fibras individuais caibam em um feixe compacto, facilitando geometrias complexas em espaços pequenos. Os feixes de fibra de vidro também podem distribuir a luz de uma única fonte para vários locais de forma eficiente, misturando luz LED vermelha, verde e azul para produzir luz branca homogênea. O maior número de fibras de vidro em um feixe resulta em uma saída de luz mais uniforme em comparação com fibras de polímero mais espessas.
5. Resistência química
A alta resistência química do vidro garante que ele permaneça inerte quando exposto a agentes de limpeza, detergentes, ácidos, bases, solventes ou colas, tornando os componentes de vidro duráveis e fáceis de limpar. Em contraste, os polímeros podem reagir com vários produtos químicos.Aplicações de fibras ópticas de vidro
Por que SCHOTT?
Com mais de 130 anos de experiência, a SCHOTT é a maior especialista mundial em vidro óptico. Nosso conhecimento, inovação e atenção aos detalhes garantem que, independentemente do seu setor e exigência, daremos todo o nosso suporte para encontrar a solução certa.
